(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作動室（１０、１１）を形成する作動室形成部材（１２）と、
前記作動室（１０、１１）を第１作動室（１０）と第２作動室（１１）とに仕切る仕切り部材（１７）と、
前記第１作動室（１０）に流動可能に封入された第１作動液（１４）と、
前記第２作動室（１１）に充満状態に封入された第２作動液（１５）と、
前記第１作動室（１０）のうち前記第２作動室（１１）と反対側の部位に蒸気を供給する蒸気供給手段（１２１、１８、１９）と、
前記作動室形成部材（１２）のうち前記第２作動室（１１）側の端部に接続され、前記第２作動液（１５）の変位を機械的エネルギに変換する変換機構（１６）とを備え、
前記仕切り部材（１７）は、前記第１作動液（１４）と前記第２作動液（１５）との間で変位が伝達されるように変形可能な部材であり、
前記第２作動液（１５）は、前記第１作動液（１４）と比較して潤滑性能に優れた液体であり、
さらに前記第２作動室（１１）から前記第２作動液（１５）を排出する排出手段（１２３、２３、２４、１６４ｂ、３０、３１、３２、３６ｃ）と、
前記第２作動液（１５）と同種の液体を前記第２作動室（１１）に供給する供給手段（１６４ｃ、２５、２６、１２４、３６ｄ）とを備え、
前記供給手段が前記第２作動室（１１）に供給する液体は、前記排出手段によって前記第２作動室（１１）から排出された前記第２作動液（１５）と比較して気体の体積分率が低い液体であることを特徴とする熱機関。
【請求項２】
前記排出手段は、前記作動室形成部材（１２）のうち前記第２作動室（１１）を形成する部位に形成され、前記第２作動室（１１）に開口する排出口（１２３）を有し、
前記供給手段は、前記作動室形成部材（１２）のうち前記第２作動室（１１）を形成する部位に形成され、前記第２作動室（１１）に開口する供給口（１２４）を有し、
前記排出口（１２３）は、前記供給口（１２４）よりも上方側に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の熱機関。
【請求項３】
前記作動室形成部材（１２）は、前記第２作動室（１１）を構成する部位が水平方向に延びており、
前記排出口（１２３）は、前記第２作動室（１１）の最上部に開口していることを特徴とする請求項２に記載の熱機関。
【請求項４】
前記作動室形成部材（１２）は、前記第２作動室（１１）を構成する部位が鉛直方向に延びており、
前記第２作動室（１１）は、前記第１作動室（１０）よりも下方側に配置されており、
前記排出口（１２３）は、前記仕切り部材（１７）が最も下方側に変形したときの前記仕切り部材（１７）の最下点よりも上方側にて前記第２作動室（１１）に開口していることを特徴とする請求項２に記載の熱機関。
【請求項５】
前記第２作動室（１１）から排出された前記第２作動液（１５）を脱気する脱気手段（１６４、３６）を備え、
前記供給手段は、前記脱気手段（１６４、３６）が脱気した前記第２作動液（１５）を前記第２作動室（１１）に供給することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項６】
前記脱気手段（１６４、３６）は、前記第２作動室（１１）から排出された前記第２作動液（１５）を溜めるタンク室（１６４ａ、３６ａ）を形成していることを特徴とする請求項５に記載の熱機関。
【請求項７】
前記タンク室（１６４ａ）の圧力は、大気圧より低い圧力に保持されていることを特徴とする請求項６に記載の熱機関。
【請求項８】
前記タンク室（３６ａ）に溜められた前記第２作動液（１５）を加熱する加熱手段（３７）を備えることを特徴とする請求項６または７に記載の熱機関。
【請求項９】
前記供給手段は、前記第２作動液（１５）と同種の液体を圧送するポンプ（２６）を有し、
前記タンク室（１６４ａ、３６ａ）は、前記ポンプ（２６）よりも上流側に設けられていることを特徴とする請求項６ないし８のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項１０】
前記供給手段は、前記第２作動液（１５）と同種の液体を圧送するポンプ（２６）を有し、
前記排出手段は、前記第２作動室（１１）から排出された前記第２作動液（１５）が流れる排出通路（２３）と、前記排出通路（２３）を開閉する弁機構（２４）とを有し、
さらに前記ポンプ（２６）および前記弁機構（２４）の作動を制御する制御手段（２７）を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項１１】
前記制御手段（２７）は、所定条件を満たした場合、前記第２作動液（１５）と同種の液体が圧送されるように前記ポンプ（２６）を制御するとともに、前記排出通路（２３）が開かれるように前記弁機構（２４）を制御することを特徴とする請求項１０に記載の熱機関。
【請求項１２】
前記第２作動室（１１）の前記第２作動液（１５）に混入している気泡の量を検出する気泡量検出手段（３３）を備え、
前記所定条件は、前記気泡量検出手段（３３）の検出結果に基づく条件であることを特徴とする請求項１１に記載の熱機関。
【請求項１３】
前記所定条件は、運転時間に基づく条件であることを特徴とする請求項１１に記載の熱機関。
【請求項１４】
前記変換機構（１６）を停止させる停止機構（２８）を備え、
前記制御手段（２７）は、前記所定条件を満たした場合、前記変換機構（１６）が停止するように前記停止機構（２８）を制御することを特徴とする請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項１５】
前記変換機構（１６）を外部から駆動する駆動機構（３５）を備え、
前記制御手段（２７）は、前記所定条件を満たした場合、前記変換機構（１６）が停止するように前記停止機構（２８）を制御し、さらに前記仕切り部材（１７）が前記変換機構（１６）側に凸となるように前記駆動機構（３５）を制御することを特徴とする請求項１４に記載の熱機関。
【請求項１６】
前記供給手段は、前記第２作動液（１５）と同種の液体を圧送するポンプ（２６）を有し、
前記排出手段は、前記第２作動室（１１）から排出された前記第２作動液（１５）が流れる排出通路（３０）と、前記排出通路（３０）に設けられた絞り機構（３１）とを有し、
さらに前記ポンプ（２６）および前記弁機構（２４）の作動を制御する制御手段（２７）を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載の熱機関。
【請求項１７】
前記変換機構（１６）は、前記第２作動室（１１）の前記第２作動液（１５）から圧力を受けて変位する固体ピストン（１６１）を有し、
前記作動室形成部材（１２）のうち前記第２作動室（１１）側の端部は、前記固体ピストン（１６１）を収容するシリンダの役割を果たし、
前記固体ピストン（１６１）と前記作動室形成部材（１２）の内壁との間には、前記排出通路および前記絞り機構を構成する隙間（３２）が形成されていることを特徴とする請求項１６に記載の熱機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蒸気の膨張によって液体ピストンを変位させ、液体ピストンの変位を機械的エネルギに変換して出力する熱機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の熱機関が特許文献１に記載されている。特許文献１の従来技術では、管状の容器の一端部で蒸気を膨張させることによって、容器内に封入された液体ピストンを容器の他端部側に変位させ、この液体ピストンの変位を、容器の他端部に設けられた出力部で機械的エネルギに変換して出力し、膨張した蒸気を、容器の中間部に形成された冷却部で冷却して凝縮させることによって、液体ピストンを容器の一端部側に変位させる。
【０００３】
また、この従来技術では、出力部の潤滑性を確保するために、液体ピストンのうち出力部側の部分を油で構成している。具体的には、容器の内部空間を、冷却部と出力部との間でダイヤフラムによって仕切り、ダイヤフラムよりも冷却部側の空間である第１作動室に水を封入し、ダイヤフラムよりも出力部側の空間である第２作動室に油を封入している。
【０００４】
容器の内部空間をダイヤフラムで仕切ることで、水と油との混濁が防止されるとともに、水と油との間で変位が伝達されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１９０４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術によると、第２作動室の油に溶解していた気体がガス化するなどして油中に気泡が混入すると、気泡の圧縮性により蒸気の圧力エネルギが出力部へ伝わる効率が低下し、蒸気からエネルギを回収する効率が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、作動室に気泡が溜まることを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、作動室（１０、１１）を形成する作動室形成部材（１２）と、
作動室（１０、１１）を第１作動室（１０）と第２作動室（１１）とに仕切る仕切り部材（１７）と、
第１作動室（１０）に流動可能に封入された第１作動液（１４）と、
第２作動室（１１）に充満状態に封入された第２作動液（１５）と、
第１作動室（１０）のうち第２作動室（１１）と反対側の部位に蒸気を供給する蒸気供給手段（１２１、１８、１９）と、
作動室形成部材（１２）のうち第２作動室（１１）側の端部に接続され、第２作動液（１５）の変位を機械的エネルギに変換する変換機構（１６）とを備え、
仕切り部材（１７）は、第１作動液（１４）と第２作動液（１５）との間で変位が伝達されるように変形可能な部材であり、
第２作動液（１５）は、第１作動液（１４）と比較して潤滑性能に優れた液体であり、
さらに第２作動室（１１）から第２作動液（１５）を排出する排出手段（１２３、２３、２４、１６４ｂ、３０、３１、３２、３６ｃ）と、
第２作動液（１５）と同種の液体を第２作動室（１１）に供給する供給手段（１６４ｃ、２５、２６、１２４、３６ｄ）とを備え、
供給手段が第２作動室（１１）に供給する液体は、排出手段（１２３、２３、２４、１６４ｂ、３０、３１、３２、３６ｃ）によって第２作動室（１１）から排出された第２作動液（１５）と比較して気体の体積分率が低い液体であることを特徴とする。
【０００９】
これにより、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）を入れ替えることができるので、第２作動室（１１）に気泡が溜まることを抑制できる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の熱機関において、排出手段は、作動室形成部材（１２）のうち第２作動室（１１）を形成する部位に形成され、第２作動室（１１）に開口する排出口（１２３）を有し、
供給手段は、作動室形成部材（１２）のうち第２作動室（１１）を形成する部位に形成され、第２作動室（１１）に開口する供給口（１２４）を有し、
排出口（１２３）は、供給口（１２４）よりも上方側に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
これにより、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）に混入した気泡を効果的に排出することができるので、第２作動室（１１）に気泡が溜まることを効果的に抑制できる。
【００１２】
請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の熱機関において、作動室形成部材（１２）は、第２作動室（１１）を構成する部位が水平方向に延びており、
排出口（１２３）は、第２作動室（１１）の最上部に開口していることを特徴とする。
【００１３】
これにより、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）に混入した気泡を一層効果的に排出することができる。
【００１４】
請求項４に記載の発明では、請求項２に記載の熱機関において、作動室形成部材（１２）は、第２作動室（１１）を構成する部位が鉛直方向に延びており、
第２作動室（１１）は、第１作動室（１０）よりも下方側に配置されており、
排出口（１２３）は、仕切り部材（１７）が最も下方側に変形したときの仕切り部材（１７）の最下点よりも上方側にて第２作動室（１１）に開口していることを特徴とする。
【００１５】
これにより、上記した請求項３に記載の発明と同様の作用効果を得ることができる。
【００１６】
請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱機関において、第２作動室（１１）から排出された第２作動液（１５）を脱気する脱気手段（１６４、３６）を備え、
供給手段は、脱気手段（１６４、３６）が脱気した第２作動液（１５）を第２作動室（１１）に供給することを特徴とする。
【００１７】
これにより、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）を効率良く入れ替えることができる。
【００１８】
請求項６に記載の発明では、請求項５に記載の熱機関において、脱気手段（１６４、３６）は、第２作動室（１１）から排出された第２作動液（１５）を溜めるタンク室（１６４ａ、３６ａ）を形成していることを特徴とする。
【００１９】
これにより、第２作動室（１１）から排出された第２作動液（１５）を効果的に脱気することができる。
【００２０】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の熱機関において、タンク室（１６４ａ）の圧力は、大気圧より低い圧力に保持されていることを特徴とする。
【００２１】
これにより、タンク室（１６４ａ）での第２作動液（１５）の脱気を促進することができる。
【００２２】
請求項８に記載の発明では、請求項６または７に記載の熱機関において、タンク室（３６ａ）に溜められた第２作動液（１５）を加熱する加熱手段（３７）を備えることを特徴とする。
【００２３】
これにより、タンク室（１６４ａ）での第２作動液（１５）の脱気を促進することができるので、第２作動室（１１）に気泡が溜まることを効果的に抑制できる。
【００２４】
請求項９に記載の発明では、請求項６ないし８のいずれか１つに記載の熱機関において、供給手段は、第２作動液（１５）と同種の液体を圧送するポンプ（２６）を有し、
タンク室（１６４ａ、３６ａ）は、ポンプ（２６）よりも上流側に設けられていることを特徴とする。
【００２５】
これにより、第２作動液（１５）と同種の液体を第２作動室（１１）に確実に供給することができる。
【００２６】
請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の熱機関において、供給手段は、第２作動液（１５）と同種の液体を圧送するポンプ（２６）を有し、
排出手段は、第２作動室（１１）から排出された第２作動液（１５）が流れる排出通路（２３）と、排出通路（２３）を開閉する弁機構（２４）とを有し、
さらにポンプ（２６）および弁機構（２４）の作動を制御する制御手段（２７）を備えることを特徴とする。
【００２７】
これにより、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）を確実に入れ替えることができる。
【００２８】
請求項１１に記載の発明では、請求項１０に記載の熱機関において、制御手段（２７）は、所定条件を満たした場合、第２作動液（１５）と同種の液体が圧送されるようにポンプ（２６）を制御するとともに、排出通路（２３）が開かれるように弁機構（２４）を制御することを特徴とする。
【００２９】
請求項１２に記載の発明では、請求項１１に記載の熱機関において、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）に混入している気泡の量を検出する気泡量検出手段（３３）を備え、
所定条件は、気泡量検出手段（３３）の検出結果に基づく条件であることを特徴とする。
【００３０】
請求項１３に記載の発明では、請求項１１に記載の熱機関において、所定条件は、運転時間に基づく条件であることを特徴とする。
【００３１】
請求項１４に記載の発明では、請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載の熱機関において、変換機構（１６）を停止させる停止機構（２８）を備え、
制御手段（２７）は、所定条件を満たした場合、変換機構（１６）が停止するように停止機構（２８）を制御することを特徴とする。
【００３２】
これによると、第２作動室（１１）から第２作動液（１５）を排出する時に第２作動室（１１）での第２作動液（１５）の変位（自励振動）が抑制されるので、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）に混入した気泡を第２作動室（１１）から排出しやすくすることができる。このため、第２作動室（１１）に気泡が溜まることを効果的に抑制できる。
【００３３】
請求項１５に記載の発明では、請求項１４に記載の熱機関において、変換機構（１６）を外部から駆動する駆動機構（３５）を備え、
制御手段（２７）は、所定条件を満たした場合、変換機構（１６）が停止するように停止機構（２８）を制御し、さらに仕切り部材（１７）が変換機構（１６）側に凸となるように駆動機構（３５）を制御することを特徴とする。
【００３４】
これによると、第２作動室（１１）から第２作動液（１５）を排出する時に第２作動液（１５）に混入している気泡が仕切り部材（１７）の下側に溜まりにくくなるので、第２作動液（１５）に混入した気泡を第２作動室（１１）から排出しやすくすることができる。このため、第２作動室（１１）に気泡が溜まることを効果的に抑制できる。
【００３５】
請求項１６に記載の発明では、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の熱機関において、供給手段は、第２作動液（１５）と同種の液体を圧送するポンプ（２６）を有し、
排出手段は、第２作動室（１１）から排出された第２作動液（１５）が流れる排出通路（３０）と、排出通路（３０）に設けられた絞り機構（３１）とを有し、
さらにポンプ（２６）および弁機構（２４）の作動を制御する制御手段（２７）を備えることを特徴とする。
【００３６】
これにより、簡素な構成にて、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）を入れ替えることができる。
【００３７】
請求項１７に記載の発明では、請求項１６に記載の熱機関において、変換機構（１６）は、第２作動室（１１）の第２作動液（１５）から圧力を受けて変位する固体ピストン（１６１）を有し、
作動室形成部材（１２）のうち第２作動室（１１）側の端部は、固体ピストン（１６１）を収容するシリンダの役割を果たし、
固体ピストン（１６１）と作動室形成部材（１２）の内壁との間には、排出通路および絞り機構を構成する隙間（３２）が形成されていることを特徴とする。
【００３８】
これにより、排出通路および絞り機構の構成を簡素化できる。
【００３９】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第１実施形態における熱機関の全体構成図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】第１実施形態における熱機関の作動を示すタイムチャートである。
【図４】第２実施形態における熱機関の全体構成図である。
【図５】第３実施形態における熱機関の全体構成図である。
【図６】第４実施形態における熱機関の全体構成図である。
【図７】第５実施形態における熱機関の全体構成図である。
【図８】第５実施形態における熱機関の作動を示すフローチャートおよびタイムチャートである。
【図９】第６実施形態における熱機関の全体構成図である。
【図１０】第６実施形態における熱機関の作動を示すフローチャートである。
【図１１】第７実施形態における熱機関の全体構成図である。
【図１２】第８実施形態における熱機関の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１に基づいて説明する。図１は本実施形態における熱機関の概略構成を表す構成図である。図２は、図１の部分拡大図である。図１、図２中の上下の矢印は、熱機関の設置状態における上下方向（鉛直方向）を示している。
【００４２】
本実施形態の熱機関は、液体ピストン式蒸気エンジンとも呼ばれるものであり、駆動対象機器（図示せず）を駆動する駆動源として用いられる。
【００４３】
熱機関は、作動室１０、１１を形成する管状の容器１２（作動室形成部材）と、容器１２の外部にて蒸気を発生させる外部蒸発器１３と、作動室１０、１１内の作動液１４、１５（液体ピストン）の変位を機械的エネルギに変換して出力する出力部１６（変換機構）とを備えている。
【００４４】
本例では、容器１２は、直管形状に形成され、上下方向（鉛直方向）に延びるように配置されている。出力部１６は、容器１２の下端部に接続されている。
【００４５】
作動室１０、１１は、上方側（容器１２の一端側）の第１作動室１０と、下方側（容器１２の他端側）の第２作動室１１とで構成されている。容器１２の内部には、第１作動室１０と第２作動室１１とを仕切る膜状のダイヤフラム１７（膜状部材）が設けられている。
【００４６】
作動液１４、１５は、水１４（第１作動液）と油１５（第２作動液）とで構成されている。水１４は第１作動室１０に流動可能に封入されている。油１５は、第２作動室１１に充満状態に封入されている。第２作動室１１の油１５は、第１作動室１０の水１４よりも潤滑性能に優れた液体である。本例では、第１作動室１０の作動液が水であるので、容器１２をステンレス製とするのが好ましい。
【００４７】
ダイヤフラム１７は、図１の実線および二点鎖線に示すように上下方向に変形可能になっている。ダイヤフラム１７が上下方向に変形することによって、水１４と油１５との間で変位を伝達することができるようになっている。図１の実線は、ダイヤフラム１７が最も下方側に凸に変形した状態を示し、図１の二点鎖線は、ダイヤフラム１７が最も上方側に凸に変形した状態を示している。
【００４８】
外部蒸発器１３は、水（第１作動液と同種の液体）を加熱して蒸気を発生させる。本例では、外部蒸発器１３の熱源として排気ガス等の高温ガスを用いている。具体的には、外部蒸発器１３は、高温ガスと水とを熱交換して水を加熱する熱交換器（図示せず）と、熱交換器に水を圧送するポンプ（図示せず）とを有している。
【００４９】
外部蒸発器１３で発生した蒸気は、給気通路１８、給気バルブ１９および給気ポート１２１（蒸気供給手段）によって第１作動室１０に供給されるようになっている。給気ポート１２１は、容器１２の上端部（一端部）に形成されている。給気ポート１２１は、外部蒸発器１３で発生した蒸気が流通する給気通路１８と連通している。本例では、給気通路１８は、配管部材で形成されている。給気バルブ１９は、給気通路１８を所定タイミングで開閉する。
【００５０】
第１作動室１０の蒸気は、排気ポート１２２、排気通路２０および排気バルブ２１（排気手段）によって第１作動室１０の外部に排出されるようになっている。排気ポート１２２は、容器１２の上端部に形成されている。排気ポート１２２は、大気に開放された排気通路２０と連通している。本例では、排気通路２０は、配管部材で形成されている。排気バルブ２１は、排気通路２０を所定タイミングで開閉する。
【００５１】
排気通路２０は、必ずしも大気に開放されている必要はない。例えば第１作動室１０の蒸気が排気通路２０を通じて外部蒸発器１３に戻されるといった閉ループ系になっていてもよい。給気バルブ１９および排気バルブ２１は、例えばロータリー弁やポペット弁等で構成することができる。
【００５２】
第１作動室１０のうち上方側（第２作動室１１と反対側）の空間は、外部蒸発器１３から供給された蒸気が膨張する膨張部１０１を構成している。膨張部１０１も外部蒸発器１３と同様に高温ガスで加熱するようにすれば、膨張部１０１での蒸気の凝縮を抑制することができる。
【００５３】
第１作動室１０のうち膨張部１０１よりも下方側（第２作動室１１側）に位置する空間は、膨張部１０１で膨張した蒸気を冷却して凝縮させる冷却部１０２を構成している。容器１２のうち膨張部１０１および冷却部１０２を形成する部位は、複数本に分岐されていてもよい。
【００５４】
冷却部１０２には冷却器２２が設けられている。冷却器２２には冷却水（冷却用流体）が循環するようになっている。冷却水の循環回路中には、冷却水が蒸気から奪った熱を放熱する放熱器（図示せず）が配置されている。冷却部１０２では、冷却器２２が蒸気と冷却水とを熱交換して蒸気を冷却することによって蒸気が凝縮する。
【００５５】
出力部１６は、固体ピストン１６１、クランクシャフト１６２、コネクティングロッド１６３およびクランクケース１６４を有している。固体ピストン１６１は、容器１２の下端部（他端部）内を往復運動（往復摺動）する。換言すれば、容器１２の下端部は、固体ピストン１６１を収容するシリンダを構成している。
【００５６】
クランクシャフト１６２およびコネクティングロッド１６３は、固体ピストン１６１の往復運動を回転運動に変換するクランク機構（動力変換機構）を構成しており、固体ピストン１６１の下方側（第１作動室１０と反対側）に配置されている。
【００５７】
クランクシャフト１６２には、フライホイール等の慣性力発生部材（図示せず）が連結されている。なお、クランクシャフト１６２およびコネクティングロッド１６３（クランク機構）の代わりに、種々の動力変換機構を用いてもよい。
【００５８】
クランクシャフト１６２およびコネクティングロッド１６３を収容しているクランクケース１６４は、容器１２の下端部に取り付けられている。クランクケース１６４内に形成されているクランク室１６４ａには、油１５（第２作動液と同種の液体）が溜められている。
【００５９】
すなわち、クランク室１６４ａは、クランク機構１６２、１６３を収容する役割と、油１５を溜めるタンク室の役割とを果たしている。
【００６０】
クランク室１６４ａでは油１５が脱気されるようになっている。換言すれば、クランク室１６４ａを形成するクランクケース１６４は、油１５から気体を分離させる脱気手段を構成している。本例では、クランク室１６４ａでの油１５の脱気が促進されるように、クランク室１６４ａの圧力が大気圧よりも低い圧力に保持されている。
【００６１】
図示を省略しているが、本例では、クランクシャフト１６２は給気バルブ１９および排気バルブ２１と機械的に連結されており、クランクシャフト１６２の回転位相と同期して給気バルブ１９および排気バルブ２１が駆動される。クランクシャフト１６２と給気バルブ１９および排気バルブ２１との連結には、例えばプーリ、ベルト等を用いることができる。
【００６２】
第２作動室１１の油１５は、排油口１２３、排油通路２３、電磁弁２４および油流入口１６４ｂ（排出手段）によってクランク室１６４ａに排出されるようになっている。排油口１２３（排出口）は、容器１２の管壁を貫通する孔で構成されている。
【００６３】
排油口１２３は、排油通路２３（排出通路）の一端部と連通している。排油通路２３の他端部は、クランクケース１６４に形成された油流入口１６４ｂ（第２作動液流入口）と連通している。本例では、排油通路２３は、容器１２およびクランクケース１６４の外部に設けられた配管部材で形成されている。電磁弁２４（弁機構）は、排油通路２３を開閉するものである。
【００６４】
クランク室１６４ａの油１５は、油流出口１６４ｃ、給油通路２５、ポンプ２６および給油口１２４（供給手段）によって第２作動室１１に供給されるようになっている。油流出口１６４ｃ（第２作動液流出口）はクランクケース１６４に形成されている。クランク室１６４ａは、油流出口１６４ｃを介して給油通路２５（供給通路）の一端部と連通している。
【００６５】
給油通路２５の他端部は、容器１２に形成された給油口１２４（供給口）と連通している。給油口１２４は、容器１２の管壁を貫通する孔で構成されている。本例では、給油通路２５は、クランクケース１６４および容器１２の外部に設けられた配管部材で形成されている。
【００６６】
ポンプ２６は、クランク室１６４ａの油１５を第２作動室１１へ圧送する。本例では、ポンプ２６は給油通路２５に設けられている。換言すれば、クランク室１６４ａは、ポンプ２６よりも油１５の流れの上流側に設けられている。
【００６７】
容器１２の排油口１２３は、できるだけ上方で第２作動室１１に開口しているのが好ましい。本例では、排油口１２３はダイヤフラム１７の直ぐ下方で第２作動室１１に開口している。より具体的には、排油口１２３は、ダイヤフラム１７が最も下方側に凸に変形したときのダイヤフラム１７の最下点よりも上方側にて第２作動室１１に開口している。
【００６８】
容器１２の給油口１２４は、排油口１２３よりも下方側にて第２作動室１１に開口しているのが好ましい。本例では、給油口１２４は、固体ピストン１６１の上死点（図１の二点鎖線位置）よりも上方側にて第２作動室１１に開口している。
【００６９】
クランクケース１６４の油流出口１６４ｃは、できるだけ下方にてクランク室１６４ａに開口しているのが好ましい。本例では、油流出口１６４ｃは、クランクケース１６４の底面に設けられている。クランクケース１６４の油流入口１６４ｂは、油流出口１６４ｃよりも上方に設けられているのが好ましい。本例では、油流出口１６４ｃは、クランクケース１６４の上面に設けられている。
【００７０】
電磁弁２４およびポンプ２６の作動は、制御装置２７（制御手段）によって制御されるようになっている。制御装置２７は、熱機関の運転時間を計測するタイマ２７ａを有している。また、制御装置２７は、クランクシャフト１６２の回転を停止させる回転停止機構２８（停止機構）の作動も制御するようになっている。
【００７１】
次に、上記構成における基本作動を説明する。以下では、第１作動室１０の水１４が最も上方側（膨張部１０１側）にきたときの位置を上死点と言い、第１作動室１０の水１４が最も下方側（第２作動室１１側）にきたときの位置を下死点と言う。
【００７２】
第１作動室１０の水１４が上死点にある状態において、給気バルブ１９が開かれると膨張部１０１に外部蒸発器１３からの蒸気が給気される。膨張部１０１に供給された高温・高圧の蒸気が膨張することによって第１作動室１０の水１４が下方側（第２作動室１１側）に押し出される。このときの水１４の変位方向を膨張方向と表現することができる。水１４が膨張方向に変位する行程を膨張行程と表現することができる。
【００７３】
水１４が下方側（第２作動室１１側）に変位すると、ダイヤフラム１７が下方側に凸となるように変形して第２作動室１１の油１５を下方側（固体ピストン１６１側）に押圧するので、第２作動室１１の油１５が下方側に変位する。換言すれば、第１作動室１０の水１４の変位は、ダイヤフラム１７を介して第２作動室１１の油１５に伝達される。
【００７４】
第２作動室１１の油１５が下方側に変位すると、固体ピストン１６１が下方側（クランクシャフト１６２側）に押し出されるので、クランクシャフト１６２が回転して機械的エネルギが出力される。クランクシャフト１６２が所定角度回転すると、給気バルブ１９が閉じられ、膨張部１０１への蒸気の給気が遮断される。
【００７５】
膨張部１０１で膨張した蒸気が冷却部１０２に進入して水１４の液面が冷却部１０２まで下がると、冷却部１０２に進入した蒸気は冷却器２２によって冷却されて凝縮する。これにより、水１４を下方側に押し出す力が消滅するので、固体ピストン１６１は慣性力発生部材（図示せず）の慣性力によって上方側に押し戻される。これにより、第２作動室１１の油１５も上方側（第１作動室１０側）に押し戻される。
【００７６】
第２作動室１１の油１５が上方側に押し戻されると、ダイヤフラム１７が上方側（第１作動室１０側）に凸となるように変形して第１作動室１０の水１４を上方側（膨張部１０１側）に押圧するので、第１作動室１０の水１４が上方側に変位する。換言すれば、第２作動室１１の油１５の変位は、ダイヤフラム１７を介して第１作動室１０の水１４に伝達される。このときの水１４の変位方向を圧縮方向と表現することができる。水１４が圧縮方向に変位する行程を圧縮行程と表現することができる。
【００７７】
圧縮行程では、クランクシャフト１６２の回転によって排気バルブ２１が開かれ、冷却部１０２で凝縮し切れなかった蒸気が排気ポート１２２および排気通路２０から大気中に排気される。なお、排気通路２０が大気に開放されておらず閉ループ系になっている場合には、冷却部１０２で凝縮し切れなかった蒸気が排気ポート１２２および排気通路２０を通じて外部蒸発器１３に戻されることとなる。
【００７８】
排気バルブ２１が開かれてからクランクシャフト１６２が所定角度回転すると、排気バルブ２１が閉じられる。排気バルブ２１は、第１作動室１０の水１４が上死点に到達する少し前に閉じられるのが好ましい。クランクシャフト１６２がさらに所定角度回転して第１作動室１０の水１４が上死点に到達すると、給気バルブ１９が再び開かれて膨張部１０１に蒸気が給気される。
【００７９】
このような動作が繰り返し行われることで、作動室１０、１１の水１４および油１５（液体ピストン）が周期的に変位（いわゆる自励振動）して固体ピストン１６１を連続的に往復運動させる。このとき、摺動部（固体ピストン１６１の外周面および容器１２の内壁面）は、第２作動室１１の油１５によって潤滑される。
【００８０】
固体ピストン１６１が連続的に往復運動することによってクランクシャフト１６２が連続的に回転するので、出力を連続的に得ることができる。
【００８１】
熱機関の運転時間が長くなるにつれて、第２作動室１１の油１５に溶解していた気体がガス化するなどして第２作動室１１の油１５中に気泡が生じる。第２作動室１１の油１５中に気泡が生じると、気泡の圧縮性により蒸気の圧力エネルギが固体ピストン１６１へ伝わる効率が低下し、蒸気からエネルギを回収する効率が低下してしまう。
【００８２】
そこで、本実施形態では、図３のタイムチャートに示す脱気制御を行うことによって、第２作動室１１の油１５中に気泡が溜まることを抑制する。具体的には、制御装置２７は、タイマ２７ａの計測時間が所定時間以上になった場合（所定条件を満たした場合）、熱機関の運転を停止（運転ＯＦＦ）させてから、ポンプ２６を起動するとともに電磁弁２４を開く（ポンプ・電磁弁ＯＮ）。本例では、熱機関の運転停止を回転停止機構２８によって行う。
【００８３】
熱機関の運転を停止させることにより、第２作動室１１の油１５の往復変位（自励振動）が止まる。この状態でポンプ２６が作動するとともに電磁弁２４が開かれるので、クランク室１６４ａの油１５が油流出口１６４ｃ、給油通路２５および給油口１２４を通じて第２作動室１１に供給されるとともに、第２作動室１１の油１５が排油口１２３、排油通路２３および油流入口１６４ｂを通じてクランク室１６４ａに排出される。このとき、第２作動室１１の油１５に混入している気泡もクランク室１６４ａに排出される。
【００８４】
第２作動室１１からクランク室１６４ａに排出された油１５は、クランク室１６４ａに一旦溜められ、クランク室１６４ａで脱気される。このため、クランク室１６４ａから第２作動室１１に供給される油１５は、第２作動室１１から排出された油と比較して、気体の体積分率の低い油となる。
【００８５】
制御装置２７は、ポンプ２６の起動および電磁弁２４の開弁後、所定の脱気時間が経過するとポンプ２６を停止させるとともに電磁弁２４を閉じ、さらにタイマーをリセットして熱機関の運転を再開させる。これにより、定期的に脱気制御が行われる。
【００８６】
本実施形態によると、脱気制御時には、第２作動室１１から油１５が排出されることに伴って第２作動室１１の油１５に混入している気泡も第２作動室１１から排出され、クランク室１６４ａで脱気された油１５が第２作動室１１に供給される。すなわち、第２作動室１１において、気泡が混入して気体の体積分率が高くなった油が、気体の体積分率の低い油に入れ替えられる。このため、第２作動室１１に気泡が溜まることを抑制できる。
【００８７】
しかも、脱気制御時に熱機関の運転を停止させるので、第２作動室１１の油１５の往復変位（自励振動）を止めて気泡を排出しやすくすることができる。さらに、クランク室１６４ａの圧力が大気圧よりも低く保持されているので、クランク室１６４ａでの油１５の脱気を促進することができる。このため、第２作動室１１に気泡が溜まることを効果的に抑制できる。
【００８８】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では、排油通路２３が容器１２の外部に設けられているが、本第２実施形態では、図４に示すように、排油通路３０が容器１２と一体的に形成されている。具体的には、排油通路３０が容器１２の管壁の内部に形成されている。
【００８９】
また、上記第１実施形態では、排油通路２３が電磁弁２４によって開閉されるが、本第２実施形態では、電磁弁２４の代わりに固定絞り３１（絞り機構）が設けられている。
【００９０】
本実施形態の作動を説明する。第２作動室１１の油１５は排油通路３０を通じてクランク室１６４ａに排出される。排油通路３０に固定絞り３１が設けられているので、第２作動室１１の油１５は、少流量でクランク室１６４ａに排出される。
【００９１】
制御装置２７は、ポンプ２６を作動させてクランク室１６４ａの油１５を第２作動室１１に供給する。制御装置２７は、ポンプ２６による油１５の圧送量が第２作動室１１からの油１５の排出量とほぼ同じになるようにポンプ２６を制御するのが好ましい。
【００９２】
本実施形態においても、第２作動室１１の油１５が入れ替えられるので、第２作動室１１に気泡が溜まることを抑制できる。
【００９３】
また、本実施形態によると、排油通路３０が容器１２と一体的に形成されているので、構成を簡素化できる。また、電磁弁２４が設けられていないので、構成および制御を簡素化できる。
【００９４】
（第３実施形態）
上記第２実施形態では、排油通路３０が容器１２の管壁の内部に形成され、排油通路２３に固定絞り３１が設けられているが、本第３実施形態では、図５に示すように、固体ピストン１６１と容器１２の管壁との間に形成された微小な隙間３２が排油通路および固定絞りを構成している。
【００９５】
本実施形態によると、容器１２の管壁の内部に排油通路３０が形成されている上記第２実施形態と比較して、構成を一層簡素化できる。
【００９６】
（第４実施形態）
上記第１実施形態では、容器１２が、直管形状に形成されて上下方向（鉛直方向）に延びるように配置されているが、本第４実施形態では、図６に示すように、容器１２がＬ字状に屈曲した形状に形成され、容器１２のうち膨張部１０１および冷却部１０２を構成する部位が上下方向に延び、容器１２の残余の部位が水平方向に延びるように配置されている。これに伴い、出力部１６は、容器１２のうち水平方向に延びている部分の端部に接続されている。
【００９７】
容器１２の排油口１２３は第２作動室１１の最上部に開口している。このため、第２作動室１１の油１５に混入している気泡を効率良く排出することができる。さらに、容器１２の給油口１２４は第２作動室１１の最下部に開口している。このため、第２作動室１１の油１５に混入している気泡を一層効率良く排出することができる。
【００９８】
（第５実施形態）
上記第１実施形態では、熱機関の運転時間が所定時間以上になった場合に脱気制御を行うが、本第５実施形態では、第２作動室１１の油１５に混入している気泡の量が所定量以上になった場合に脱気制御を行う。
【００９９】
本実施形態の具体的構成を図７に示す。容器１２のうち第２作動室１１を構成する部分には、気泡量検出センサ３３（気泡量検出手段）が設けられている。気泡量検出センサ３３の検出信号は制御装置２７に入力される。
【０１００】
本例では、気泡量検出センサ３３として、光の透過率を検出するセンサが用いられている。気泡量検出センサ３３として、例えば光の屈折率を検出するセンサ、超音波の到達時間を検出するセンサ、静電容量を検出するセンサ等を用いてもよい。気泡量検出センサ３３は、できるだけ上方に設けられているのが好ましい。
【０１０１】
図８（ａ）は、制御装置２７が実行する制御処理の要部を示すフローチャートであり、図８（ｂ）は、図８（ａ）のフローチャートによる作動例を示すタイムチャートである。ステップＳ１００では、気泡量検出センサ３３が容器１２内の光の透過率を検出する。次いでステップＳ１１０へ進み、気泡量検出センサ３３が検出した透過率が所定値以上（センサ出力ＯＮ）であるか否かを判定する。
【０１０２】
気泡量検出センサ３３が検出した透過率が所定値以上であると判定した場合（ＹＥＳ判定の場合）、第２作動室１１の油１５に混入している気泡の量が所定量以上であると判断してステップＳ１２０へ進み、熱機関の運転を停止させてからポンプ２６を起動するとともに電磁弁２４を開く（運転ＯＦＦ、ポンプ・電磁弁ＯＮ）。
【０１０３】
ステップＳ１１０において、気泡量検出センサ３３が検出した透過率が所定値未満である判定した場合（ＮＯ判定の場合）、第２作動室１１の油１５に混入している気泡の量が所定量未満であると判断してステップＳ１００へ戻る。
【０１０４】
本実施形態によると、気泡量検出センサ３３が検出した透過率（気泡量検出手段の検出結果）に基づいて脱気制御を行うので、第２作動室１１の油１５に混入している気泡の量に応じて脱気制御を行うことができる。このため、脱気制御を適格なタイミングで行うことができる。
【０１０５】
（第６実施形態）
上記各実施形態では、熱機関の運転を停止させた状態で脱気制御が行われるが、本第６実施形態ではさらに、ダイヤフラム１７が第２作動室１１側に凸となった状態で脱気制御が行われる。
【０１０６】
本実施形態の具体的構成を図９に示す。クランクシャフト１６２には、クランク角センサ３４とクランクシャフト駆動モータ３５とが設けられている。クランク角センサ３４は、クランクシャフト１６２の回転角（回転角度）を検出する回転角検出手段をなすものである。クランク角センサ３４の検出信号は制御装置２７に入力されるようになっている。
【０１０７】
クランクシャフト駆動モータ３５は、クランクシャフト１６２を外部から駆動する駆動機構をなすものである。クランクシャフト駆動モータ３５の作動は、制御装置２７によって制御されるようになっている。
【０１０８】
図１０は、制御装置２７が実行する制御処理の要部を示すフローチャートである。このフローチャートは、脱気制御の開始時に実行される。まずステップＳ２００にて、熱機関の運転を停止させる。次いでステップＳ２１０へ進み、クランクシャフト駆動モータ３５を制御してクランクシャフト１６２を所定角度回転させる。
【０１０９】
次いでステップＳ２２０へ進み、クランク角センサ３４で検出した回転角（検出回転角）が、固体ピストン１６１が下死点となる回転角であるか否かを判定する。検出回転角が、固体ピストン１６１が下死点となる回転角であると判定した場合（ＹＥＳ判定の場合）、ダイヤフラム１７が下方側（第２作動室１１側）に凸となっていると判断してステップＳ２３０へ進み、ポンプ２６を起動するとともに電磁弁２４を開く（ポンプ・電磁弁ＯＮ）。
【０１１０】
ステップＳ２２０において、検出回転角が、固体ピストン１６１が下死点となる下死点となる回転角でないと判定した場合（ＮＯ判定の場合）、ダイヤフラム１７が下方側（第２作動室１１側）に凸となっていないと判断してステップＳ２１０へ戻る。
【０１１１】
本実施形態によると、固体ピストン１６１が下死点となった状態、すなわちダイヤフラム１７が下方側（第２作動室１１側）に凸となった状態で脱気制御が行われることとなる。
【０１１２】
このため、ダイヤフラム１７が第１作動室１０側（上方側）に凸となっている場合と比較して、第２作動室１１の油１５に混入している気泡がダイヤフラム１７の直ぐ下側に溜まりにくくなるので、第２作動室１１の油１５に混入している気泡を一層排出しやすくすることができる。
【０１１３】
（第７実施形態）
上記各実施形態では、第２作動室１１から排出された油１５をクランク室１６４ａで脱気するが、本第７実施形態では、図１１に示すように、第２作動室１１から排出された油１５を脱気専用の油タンク３６（脱気手段）で脱気する。
【０１１４】
油タンク３６内に形成されたタンク室３６ａには、油１５（第２作動液と同種の液体）が溜められている。本例では、油タンク３６の上壁に通気孔３６ｂが形成されており、タンク室３６ａの圧力が大気圧と同じになっている。
【０１１５】
油タンク３６には、排油通路２３と連通する油流入口３６ｃと、給油通路２５と連通する油流出口３６ｄとが形成されている。油流入口３６ｃは、油流出口１６４ｃよりも上方側に配置されているのが好ましい。油流出口３６ｄは、できるだけ下方に設けられているのが好ましい。本例では、油タンク３６は、ポンプ２６よりも油１５の流れの上流側に配置されている。
【０１１６】
本実施形態の作動を説明する。制御装置２７がポンプ２６を起動すると、第２作動室１１とタンク室３６ａとの間を油１５が循環する。第２作動室１１からタンク室３６ａに流入した油１５は、タンク室３６ａに一旦溜められて脱気される。このため、タンク室３６ａで脱気された油１５が第２作動室１１に供給されることとなるので、第２作動室１１に気泡が溜まることを抑制できる。
【０１１７】
（第８実施形態）
本第８実施形態では、図１２に示すように、上記第７実施形態のタンク室３６ａに熱交換器３７（加熱手段）を設けている。熱交換器３７は、外部蒸発器１３から第１作動室１０の膨張部１０１に供給される高温の蒸気と、タンク室３６ａの油１５とを熱交換するものである。
【０１１８】
本実施形態によると、タンク室３６ａの油１５が、外部蒸発器１３からの高温の蒸気によって加熱されるので、タンク室３６ａでの油１５の脱気を促進することができる。このため、油タンク３６から第２作動室１１に供給される油１５における気体の体積分率をより低くすることができるので、第２作動室１１に気泡が溜まることを一層抑制できる。
【０１１９】
（他の実施形態）
なお、上記各実施形態を可能な範囲で適宜組み合わせても良いことはもちろんである。      
【０１２０】
また、上記各実施形態では、第２作動室１１から排出された油１５を脱気して第２作動室１１に戻しているが、第２作動室１１から排出された油１５を第２作動室１１に戻さずに、未使用の新しい油１５を第２作動室１１に供給するようにしても良い。
【符号の説明】
【０１２１】
１０      第１作動室（作動室）
１１      第２作動室（作動室）
１２      容器（作動室形成部材）
１７      ダイヤフラム（仕切り部材）
１４      第１作動液
１５      第２作動液
１２１    給気ポート（蒸気供給手段）
１８      給気通路（蒸気供給手段）
１９      給気バルブ（蒸気供給手段）
１６      出力部（変換機構）
１２３    排油口（排出口、排出手段）
２３      排油通路（排出通路、排出手段）
２４      電磁弁（弁機構、排出手段）
１６４ｂ  油流入口（排出手段）
１６４ｃ  油流出口（供給手段）
２５      給油通路（供給通路、供給手段）
２６      ポンプ（供給手段）
１２４    給油口（供給口、供給手段）
１６４    クランクケース（脱気手段）
１６４ａ  クランク室（タンク室、脱気手段）
２７      制御装置（制御手段）
２８      回転停止機構（停止機構）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005531979.tif 000008
【図８】
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【図９】
0005531979.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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